Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La formation et l'évolution des galaxies reste à ce jour un des mystères de l'Univers observable. Dans le but d'améliorer notre connaissance dans ce domaine, la recherche a utilisé les différentes campagnes d'observation pour caractériser les relations d'échelle des propriétés physiques dans le but de mieux contraindre et comprendre les populations de galaxies aux différentes étapes de leur vie au cours de l'histoire de l'Univers. Depuis les dernières décennies, les études tentent d'étendre ces relations d'échelles dans l'espace des paramètres. C'est dans ce mouvement là que s'inscrit ce projet de thèse. La photométrie des galaxies à haut redshift contient la signature des propriétés physiques comme la masse stellaire, le taux de formation stellaire et l'extinction. Dans cette étude, j’ai réalisé une analyse SED des galaxies amplifiées à z>3 en utilisant les images profondes de Hubble, Bande-K et IRAC des Fontier Fields. Nous avons réalisé la décontamination de ces images en ajustant automatiquement les galaxies avec GALFIT, en utilisant un script Python développé qui prend en compte les niveaux de contamination relatif de toutes les galaxies du champ. Nous avons ensuite ajusté les SEDs décontaminées en utilisant des synthèses de populations stellaires.J’ai appliqué cette méthode pour obtenir les SFR, les SM et les tailles d'un échantillon de 63 galaxies à z>3 détectées dans les champs de A2744 et MACS0416, spectroscopiquement confirmées par MUSE. L'amplification très forte de ces amas nous a permis de collecter un échantillon robuste de galaxies de faibles masses/faibles luminosité, permettant de contraindre les relations d'échelles dans des zones encore in-explorées / Galaxy formation and evolution is one of the most challenging mysteries in the observable Universe. In order to improve our knowledge in this field, the research make use of different observation programs to characterize scaling relations of physical properties, to better constrain and understand galaxy population at different stages of their lives throughout the history of the Universe. Since the past decades, studies are trying to extend those scaling relations in the parameter space. It is in this movement that this thesis project fits. The Spectral Energy Distribution(SED) of high redshift galaxies contains the signature of physical properties such as stellar mass, SFR and extinction. In this work, we perform a SED analysis of magnified galaxies at z>3 using deep Hubble, VLT and Spitzer/IRAC images of the Frontier Fields galaxy clusters. Due to the size of the Kband PSF and specially IRAC PSF and the high density of bright cluster members, it is crucial to deblend Kband and IRAC images to get a reliable SED. We do this by automatically fitting the contaminating galaxies with GALFIT, using a custom Python script which accounts for the relative levels of contamination from each cluster member. We model the decontaminated SED using stellar population models. We apply this method to derive SFR, masses and sizes of a sample of 63 galaxies at z>3 detected in the A2744 and MACS0416 fields, spectroscopically confirmed with MUSE. The very strong amplification of these clusters allow us to collect a robust sample of low-mass galaxies (108 M?), probing the low-luminosity part of scaling relations between stellar mass & size and stellar mass & stellar formation rate

L'âge des galaxies est un paramètre crucial dans le cadre des modèles de formation et d'évolution des galaxies. Ma thèse se base sur l'étude de cette quantité physique dans le cadre du sondage profond de VIMOS (VUDS). Ce sondage permet d'étudier les galaxies dans l'univers jeune et de remonter au moment où il était agé de seulement quelques centaines de millions d'années. Durant ce doctorat, j'ai pu prendre part au traitement des données de ce sondage et j'ai été responsable de l'ensemble de la correction des spectres du sondage. J'ai également modifié et amélioré le logiciel GOSSIP qui est un logiciel d'ajustement de modèle de galaxie permettant d'extraire les paramètres physiques des galaxies. L'utilisation de ce logiciel m'a permis d'étudier l'extinction par le milieu intergalactique des galaxies ainsi que leurs âges. Ceci m'a permis d'étudier l'époque de formation des galaxies ainsi que l'évolution du paramètre de Hubble. / Age of galaxie is a crucial parameter in the framework of galaxy formation and evolution. This thesis is based on the study of this parameter in the framework of the VIMOS Ultra Deep Survey. This galaxy survey allows to study galaxies when the universe was young and to go back when it was few hundreads of million years old. During this PhD I could take part of the data processing and I was responsible of all the spectroscopic corrections. I also implemented and improved the GOSSIP software. This software is a template fitting program that allows the extraction of galaxy physical parameters. The use of this software allowed me to study the extinction of the Inter Galactic medium (IGM) as well as their ages. I could then study the epoch of galaxy formation and the evolution of the Hubble parameter

Les connaissances sur l'origine de Radio Halos (RHs), sources radio diffuses de faible brillance de surface observées aux échelles des Mpc dans les amas de galaxies massives, ont progressé vers un consensus général au cours des dernières années. Le scénario généralement accepté pour le mécanisme responsable de ce type d'émission diffuse est la ré-accélération des électrons relativistes par les turbulence générées au cours de la coalescence entre amas. Dans ce cadre, les modèles prévoient une fraction plus importante de RHs dans intervalle z = 0.3-0.4. Cependant, les observations radio des amas de galaxies dans ce régime de redshift sont encore limitées. Le projet MACS-Planck Radio Halo Cluster Project vise à explorer l'origine des RHs, ainsi que leur lien avec l'état dynamique des systèmes hôtes, en explorant une gamme de redshift plus élevée par rapport aux études précédentes. Dans cette thèse, je présente les données publiées du sous-échantillon ATCA du projet et les perspectives pour les travaux futurs. / The knowledge on the origin of Radio Halos (Rhs), Mpc-scale low surface brightness diffuse radio emission observed in massive galaxy clusters, has moved towards a general consensus on the recent years. The generally accepted scenario for the mechanism responsible of this kind of diffuse emission is the re-acceleration of relativistic electrons by the turbulence generated in cluster mergers. On this framework, it is expected from models that a larger fraction of RH occurrence may appear at z=0.3-0.4. However, radio observations of galaxy clusters in this redshift regime are still limited. The MACS-Planck Radio Halo Cluster Project has the aim of exploring the origin and occurrence of RHs, as well as their connection with the dynamical state of the host systems by exploring a higher redshift range than previous studies. In this thesis, I present the published data of the ATCA subsample of the project and prospects for the future work.

Cette thèse présente un travail sur le fond diffus extragalactique dans les domaines de longueurs d'onde infrarouge et millimétrique. (1) L'étude de la couleur (ou rapport de brillance) des cirrus aux longueurs d'onde 60 et 100 microns a montré une augmentation de celle-ci de B(60)/B(100)=0.21 à 0.28 pour des brillances inférieures à B(100)=3 MJy/sr. Ceci se traduit par une augmentation des très petits grains de poussières dans les régions diffuses de haute latitude provoquée par l'érosion et la fragmentation des grains par les ondes de choc des supernovae. (2) La séparation entre les cirrus et les fluctuations du fond diffus infrarouge extragalactique à l'aide des couleurs B(60)/B(100), B(60)/B(170), B(100)/B(170) s'est révélée non efficace, car les spectres des deux composantes sont trop proches à ces longueurs d'onde. Il faudra renouveler l'étude aux plus grandes longueurs d'onde de Planck et Herschel. (3) Le spectre de puissance des fluctuations du fond diffus infrarouge extragalactique ne montre aucune corrélation particulière. On en déduit un biais des galaxies infrarouges inférieur à 0.6. Ceci implique que les galaxies formant les fluctuations du fond sont à bas redshift. On espère détecter des corrélations en sondant les cartes plus grandes de SPITZER. (4) la séparation statistique du fond diffus cosmologique (FDC) et de l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) cinétique pourrait se faire à l'aide d'une loi à priori entre l'effet SZ cinétique et le produit de covariance entre la carte de mélange (FDC+SZ cinétique) et l'effet SZ thermique.

L'exploration de l'Univers lointain connait présentement un essor sans précédent, grâce notamment à une instrumentation de pointe en perpétuelle amélioration. Les galaxies primordiales sont devenues accessibles par une signature spectrale très intense : la raie de recombinaison de l'hydrogène Lyα. En procède une pléthore d'applications cosmologiques, qui demeurent cependant très fragiles et en proie à diverses incertitudes. En cause, la complexité du transfert radiatif de Lyα, qui est une raie résonante. La présente thèse a pour principal objectif la calibration et la consolidation des quantités, observations et interprétations astrophysiques basées sur l'émission Lyα, en particulier dans l'univers lointain. L'approche principale consiste à observer les analogues locaux des galaxies a flambée de formation d'étoiles distantes, permettant une étude détaillée de la physique Lyα à haute résolution grâce au télescope spatial Hubble. Une étude numérique présente ensuite la simulation du transfert radiatif de Lyα dans les galaxies locales et à un décalage spectral de 3, et le lien entre différentes populations de galaxies. Enfin, la dernière partie de ce travail présente une estimation empirique d'une quantité physique cruciale pour la calibration des observables Lyα, à savoir la fraction d'échappement fesc(Lyα), ainsi que les caractéristiques physiques des émetteurs Lyα détectés par GALEX.

Les amas de galaxies sont des structures massives composées à plus de 80% de matière noire. Leur coeur peut atteindre une densité de masse critique qui en déformant l'espace-temps fait converger les rayons lumineux vers l'observateur. Grâce à des relevés photométriques profonds de l'amas Abell 2744, de nombreux systèmes multiples ont été découverts. Identifier ces systèmes reste un défi, j'ai donc développé une méthode robuste basée sur les propriétés photométriques conservées par l'effet de lentille gravitationnelle qui permet de les détecter automatiquement. Le meilleur moyen de prouver que des images proviennent de la même galaxie reste la mesure de leur distance(redshifts) grâce à leur spectre. En analysant les données collectées par le spectrographe à intégrale de champ MUSE j'ai mesuré un grand nombre de sources (514) dont 83 d'entre elles sont des images multiples. Bénéficiant de cette large couverture spectrale, j'ai créé un modèle paramétrique de masse parmi les plus contraints à ce jour. La sensibilité atteinte par le modèle permet de sonder l'influence de structures périphériques (jusqu'à une distance de 700kpc), révélant ainsi des erreurs systématiques sur la mesure de la masse due à la paramétrisation du modèle (6%). Comparé aux précédentes études, on voit une diminution de 10% de la masse dans un rayon 100 kpc montrant ainsi en partie le gain offert par la spectroscopie. Ce gain, bien que négligeable sur la mesure de l'amplification, s'est avéré pouvoir contraindre la balance en masse entre les différentes composantes de notre modèle, dépassant par endroits 2 fois l'incertitude statistique / Clusters of galaxies are large and massive structures containing more than 80% of dark matter. In the cluster core, the mass density can reach a critical threshold making the curvature of space-time large enough to bend light path and then allow multiple convergence of images from the same sources to appear on the observer field of view. Thanks to deep photometric coverage of Abell 2744, a lot of multiply-imaged systems were discovered. Nevertheless, finding them remain a challenge and based on the preserved photometric properties by lensing, I developed a robust method to automatically find them. However, measuring the redshifts for each multiple images remains the best way to surely associate them. The deep coverage of the integral field spectrograph MUSE allowed me to identify a large number of sources ( 514 ) among them 83 were multiple images. Thanks to this large spectroscopic coverage, I built one of the most constrained parametric mass model for lensing cluster to date. The sensitivity raised by this model allow me to probe the influence of outskirts substructures ( at 700 kpc distance ), revealing systematic sources of uncertainties related to the mass model parametrisation ( 6% ). Compared to previous studies, I notice a 10% lower mass in the center ( within 100kpc ) showing one of the benefit of large spectroscopic constraints. This benefit, is smaller on the amplification estimation but shows a significant discrepancy between different mass counterparts in the models, up to 2 times the statistical uncertainties

Dans les noyaux actifs de galaxies comme autour des étoiles jeunes en formation, il est naturel de croire en l'existence d'un lien entre l'accrétion de matière sur un objet central massif et les jets collimatés observés. L'objet de cette thèse est l'étude de structures magnétisées, dans lesquelles accrétion et éjection sont deux processus interdépendants. Le mécanisme physique à la base de ces deux processus est ainsi élucidé, en résolvant l'ensemble complet des équations magnétohydrodynamiques décrivant ces structures. Un disque d'accrétion résistif est traversé par des lignes de champ magnétique ouvertes, torsadées par sa rotation. Ces lignes freinent le disque et lui extraient moment cinétique et énergie mécanique. Une transition naturelle est obtenue entre le disque résistif dense et un jet idéal dilué, super magnétosonique lent. L'existence de telles structures stationnaires n'est pas fortuite mais découle de la saturation d'instabilités du disque magnétisé, donnant lieu à des coefficients de transport anormaux. La structure est complexe, avec équipartition entre l'énergie magnétique et thermique ainsi que des composantes du champ magnétique de grandeur comparable. Les signatures observationnelles des disques sont décrites, ainsi que le bilan global d'énergie et les caractéristiques des jets. Les ordres de grandeurs requis par de telles structures sont compatibles avec les observations.

Cette these a pour objet d'une part l'analyse du releve profond FIRBACK effectue par l'INFRARED SPACE OBSERVATORY dans l'infrarouge lointain (λ=170 µm), qui a pour but d'etudier les galaxies contribuant au fond extragalactique infrarouge, et d'autre part la modelisation de l'evolution des galaxies dans le domaine spectral s'etendant de l'infrarouge moyen au submillimetrique. <br /><br />Le releve FIRBACK est constitue de 3 champs (deux boreaux et un austral) a haute latitude Galactique et de faible emission d'avant-plan, couvrant une surface totale de 3. 89 degre carres.<br /><br />J'expose tout d'abord les techniques de reduction, de traitement et d'etalonnage des donnees cosmologiques ISOPHOT. En particulier, je montre qu'en ayant determine le lobe de l'instrument, l'emission etendue est en accord entre PHOT et DIRBE. Les cartes finales sont construites, et le releve est limite par la confusion σc=45 mJy. <br /><br />Je presente ensuite les techniques d'extraction des sources et de simulation pour la photometrie, qui permettent de construire le catalogue final de 106 sources, de flux compris entre 180 mJy (4σc ) et 2.4 Jy. Le catalogue complementaire regroupe 90 sources de flux compris entre 135 et 200 mJy. Les comptages de galaxies presentent un fort exces par rapport aux modeles sans et avec evolution, et aux observations locales : ils ne sont compatibles qu'avec des scerarii de forte evolution. Les sources representent 4% du fond extragalactique a 170 µm. Les quelques identifications a d'autres longueurs d'onde (en particulier dans le domaine visible et submillimetrique) suggerent que les sources FIRBACK sont des galaxies tres lumineuses dont la majorite est locale, mais dont une fraction non negligeable se situe a des redshifts superieurs a 1.<br /> <br />Dans le but de comprendre la nature des sources FIRBACK et d'apporter <br />des contraintes sur l'evolution des galaxies infrarouges, j'ai developpe un modele phenomenologique d'evolution. En utilisant la fonction de luminosite locale observee et une famille de spectres de galaxies starburst, il est possible de contraindre l'evolution de la fonction de luminosite en ajustant toutes les donnees existantes : comptages profonds a 15, 170 et 850 µm et spectre du fond extragalactique. Je montre ainsi que l' evolution des galaxies dans le domaine couvrant l'infrarouge moyen au submillimetrique est dominee par une population de galaxies infrarouges ultra-lumineuses, dont le pic se situe a L=2.0*10^11 Luminosites solaires. Les distributions en redshift sont en accord avec les observations. Le modele permet de faire des predictions pour les futures observations spatiales de SIRTF (Spitzer), Planck et FIRST (Herschel).

Cette thèse vise à étudier le phénomène dit de " cascades électromagnétiques cosmologiques ". Ces cascades sont typiquement générées dans le milieu intergalactique par l'absorption de rayons gamma sur les photons du fond optique / UV et par la production de paires électron / positron associés. Ces leptons eux-mêmes interagissent avec les photons du fond diffus cosmologique via diffusion inverse Compton pour produire de nouveaux rayons gamma qui eux même peuvent s'annihiler, générant à partir d'un unique photon primaire toute une gerbe de photons et de particules secondaires. D'un point de vue observationnel, le développement de cette cascade introduit trois effets : une déformation du spectre à haute énergie, un retard temporel dans l'arrivée des rayons gamma et une extension de la taille apparente de la source. Les cascades électromagnétiques cosmologiques ont commencé à être étudiées dans les années soixante. Mais ce n'est qu'à partir des années 2010 avec l'arrivée du satellite Fermi (entre autres) et des observations dans la bande au GeV et au TeV que la discipline a explosé. Le phénomène est particulièrement important. D'une part il altère le spectre observé des sources rendant difficile la compréhension de la physique de ces dernières. D'autre part les cascades se développant dans le milieu extragalactique, elles sont très sensibles à la composition de ce dernier (fond diffus de photons, champ magnétique). Or ce milieu étant très ténu, il est difficile à étudier. Les cascades deviennent alors une formidable sonde pour accéder à sa compréhension et pouvoir en comprendre l'origine qui remonte au commencement de l'Univers. Pourtant les cascades cosmologiques sont un phénomène complexe faisant intervenir des interactions difficiles à modéliser (sections efficaces complexes) et le transport de particules dans un Univers en expansion (cosmologie). Face à cette complexité les expressions analytiques sont vite limitées et le passage au numérique devient inévitable. Dans le cadre de cette thèse un code de simulation Monte Carlo a donc été développé visant à reproduire aussi précisément que possible le phénomène des cascades. Ce code a été testé et validé en le confrontant aux expressions analytiques. Grâce à ce code, le rôle des différents paramètres physiques impactant le développement de la cascade a été étudié de manière systématique. Cette étude a permis de mieux comprendre la physique du phénomène. En particulier, l'impact des propriétés du milieu extragalactique (fond diffus extragalactique, champ magnétique extragalactique) sur les observables a été mis en évidence. Finalement, une seconde étude a été menée pour mesurer la contribution des cascades au fond gamma extragalactique. Des travaux récents montrent qu'une grande partie de l'émission diffuse à très haute énergie provient de sources ponctuelles non résolues (blazars en particulier). Ces sources gamma (résolues et non résolues) doivent en principe initier des cascades qui peuvent contribuer au fond diffus. En partant d'une modélisation de l'émission des blazars à différents redshifts, l'absorption et la contribution des cascades ont alors été calculées à l'aide du code Monte Carlo. Les résultats montrent que la contribution des cascades au fond gamma extragalactique pourrait violer les limites Fermi mais l'excès doit encore être confirmé. / This thesis aims at studying "cosmological electromagnetic cascades". These cascades are initiated by the absorption of very high energy gamma-rays through gamma-gamma annihilation with optical / UV background photons of the intergalactic medium. In this interaction, electron/positron pairs are produced. The newly created leptons interact with photons of the Cosmological Microwave Background producing new gamma-rays through inverse Compton scattering which can also annihilate producing a cascade of secondary particles from a single primary photon. Observationally, the development of this cascade has three effects : the observed high energy spectrum is altered, observed photons arrive with a time delay with respect to primary photons and the source appears extended. Cosmological electromagnetic cascades start to being studied in the early sixties. But it is during the 2010's with the Fermi satellite and GeV to TeV observations that the field has really started to being explored. In the fast evolving backgound of gamma-ray astronomy, understanding the cascade physics has become a crucial stake. First the observed spectrum from a distant source is altered, which directly affects the modelling of high energy sources. Secondly, the cascades develop in the extragalactic medium and are very sensitive to its composition (background light, magnetic field). This medium is hard to study because it is extremely thin. Hence the cosmological cascades are a formidable probe to access its comprehension and its origin coming from the very beginning of our Universe. Yet the cosmological cascades are a complex phenomenon which involves complicated interactions (complex cross sections) and transport of particles in an expanding Universe. Analytical expressions are rapidly limited and numerical computations are required. In this thesis a Monte Carlo simulation code has been developed aiming at reproducing the cosmological cascades. This code has been tested and validated against analytical expressions. With the simulation code, a systematic study of the parameters impacting the development of the cascade has been led. This study allows a better understanding of the cascade physics. Especially, the impact of the intergalactic medium properties (extragalactic background light, extragalactic magnetic field) on the observables has been highlighted. Finally, a second study has been done to measure the contribution of cascades to the extragalactic gamma ray background. Recent works show that a great part of the diffuse emission at very high energy is explained by unresolved sources (blazars in particular). These gamma sources (resolved and unresolved) must in principle initiate cosmological cascades which can also contribute to the extragalactic gamma ray background. Starting from a modeling of the blazars at different redshifts, absorption and contribution of the cascades have been estimated with the simulation code. The results show that the contribution of the cascades might violate the Fermi limits but the excess must be confirmed.